JP2016041784A - ガス化炉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高温ガスGの旋回流場に対して炉壁面の周方向に設けた1または複数のガス化バーナ10から原料を吹き込んでガス化を行うリダクタ(ガス化炉)3であって、ガス化バーナ10は、ガス化バーナ10を設置する炉断面の直径(R)を基準にして炉軸Cfを中心に描かれる0〜0.8Rの仮想円に接するとともに、高温ガスGの旋回流と同方向に傾斜させた向きに設置され、ガス化バーナ10から吹き出される原料流速(V)は、炉軸Cfの中心方向に向かう流速の速度成分(Vr)が、高温ガスGの軸方向平均流速(Vz)を基準にして0.5倍以上5倍以下の範囲内に設定される。
【選択図】図1
Description
図5に示すガス化炉1は、原料を高温ガスの旋回流場に吹き込んでガス化する2段2室ガス化炉の一例である。このような2段2室のガス化炉1は、コンバスタ2と呼ばれる1段1室目の炉に原料及びガス化剤を投入し、さらに、リダクタ3と呼ばれる2段2室目の炉に原料を投入して合成ガスを得るものである。すなわち、下段のコンバスタ2は、原料を燃焼させて高温ガスを得る1段目のバーナ群及び1室目の空間であり、上段のリダクタ3は、コンバスタ2で得た高温ガス(含むCO2,H2O)と原料とを反応させて合成ガス(CO,H2,その他炭化水素等を含んだ燃料または原料となるガス)を得る2段目のバーナ群(または原料供給管)及び2室目の空間である。
このようなガス化バーナ10については、例えば下記の特許文献1に開示されているように、周方向において4個の上段バーナを炉軸中心方向に向けて対向配置することが記載されている。
また、下記の特許文献2には、混合性に着目した改質石炭吹き込みノズルの設置方法として、高温ガスの旋回流場と逆方向に向けることが開示されている。
ガス化バーナ10の閉塞は、例えば図6(a)に示すように、コンバスタ2からリダクタ3に旋回成分を持ったガス流が流れ込む場合において、リダクタ3に設置されたガス化バーナ10が高温ガスGの旋回方向(図中の白抜矢印Gを参照)と対向する逆向きに取り付けられている場合に生じやすい。すなわち、リダクタ3のガス化バーナ10が、旋回流場の旋回方向へ向けてバーナ出口10aを開口するように傾斜して取り付けられている場合には、コンバスタ2で供給された原料の残渣、または残渣の溶融物(例えば溶融灰)がガス化バーナノズル10へ向けて吹き込むので、これらの閉塞物質Nがバーナ出口10aの周辺に付着して閉塞につながることとなる。
また、図7(b)に示すように、ガス化バーナ10が炉内の軸方向流れ(図中の白抜矢印Gを参照)と順方向の上向きに傾いていると、原料Mと高温ガスGとの混合位置が炉内上方の後流側へ移動することになることから、反応時間が延びてリダクタ3のガス化性能を悪化させることとなる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、旋回流場に原料を吹き込むガス化バーナにおいて、バーナ出口の閉塞を防止でき、しかも、ガス化性能の向上に有効な配置のガス化バーナを備えたガス化炉を提供することにある。
本発明に係るガス化炉は、高温ガスの旋回流場に対して炉壁面の周方向に設けた1または複数の原料供給部から原料を吹き込んでガス化を行うガス化炉であって、前記原料供給部は、前記原料供給部を設置する炉断面の直径(R)を基準にして炉軸を中心に描かれる0〜0.8Rの仮想円に接するとともに、前記高温ガスの旋回流と同方向に傾斜させた向きに設置され、前記原料供給部から吹き出される原料流速(V)は、炉軸中心方向に向かう流速の速度成分(Vr)が、前記高温ガスの軸方向平均流速(Vz)を基準にして0.5倍以上5倍以下の範囲内に設定されることを特徴とするものである。
なお、直径が0Rの仮想円は、原料供給部が炉軸中心方向を向くように設置された場合であり、例えば周方向に90度ピッチで4つの原料供給部を配置すれば、出口開口どうしが同一直線上で対向する位置にある垂直配置となる。
この場合、原料供給部を旋回流と同方向(旋回方向)に傾斜させた向きに設置すると、原料流速(V)を流路内で閉塞しにくい大きな値にしても、混合性に影響を及ぼす速度成分(Vr)を小さくすることができる。従って、垂直配置と比較すれば、原料流速(V)を大きな値に設定することが可能になる。
この場合、前記搬送部から前記原料供給部へ流路断面積を増す位置に、開閉弁を備えたパージガス供給流路を連結して設けることが好ましく、これにより、流路断面積の拡大により流速の低下した原料供給部に原料が滞留しても、パージガスを供給することで瞬間的に流速を上げることができるので、原料供給部に原料が滞留して生じる流路閉塞を防止できる。
また、上述した本発明によれば、ガス化炉内に投入された原料が炉軸中心方向に向かう流速の速度成分(Vr)を最適化できるので、高温ガスと原料との良好な混合性を確保してガス化性能を向上させることが可能になる。
図2は、固体または液体の原料をガス化する2段2室のガス化炉1Aであり、原料を高温ガスの旋回流場に吹き込んでガス化するガス化炉の一例を示している。このガス化炉1Aでは、コンバスタ2と呼ばれる1段1室目の炉に原料及びガス化剤を投入して高温ガスを生成し、この高温ガスが旋回流となってリダクタ3と呼ばれる2段2室目の炉内へ流れ込む構成となっている。
従って、垂直配置のガス化バーナ10Aは、原料流速(V)と速度成分(Vr)とが同じであるため、原料流速(V)が0.5Vz以上5Vz以下の範囲内となるように設定すればよい。
リダクタ3は、炉内の旋回が流動形状相似となるように設計されるため、「軸流速:旋回流速」が一定となる。すなわち、「軸方向流速∝旋回流速」となることから、原料流速(V)と軸方向平均流速(Vz)との関係を軸方向流速に対する比率で制限することが可能になる。
また、より好適な速度成分(Vr)は、高温ガスの軸方向平均流速(Vz)を基準にして、1倍以上3倍以下の範囲内(1Vz≦Vr≦3Vz)である。このような流速設定にすれば、より一層良好なガス化性能を得ることができる。
図3(a)〜(d)に示すガス化バーナ10Cは、傾斜配置したガス化バーナ10Bをさらに上下方向にも傾斜させたものである。この場合、ガス化バーナ10Cの上下方向傾斜角度αは、閉塞防止や混合性を考慮して、水平から±30度の範囲内となっている。
すなわち、下向きに30度以下の傾斜であれば、図3(a)に示すように、閉塞物質の付着によるガス化バーナ10Cの閉塞が悪影響を受けることはほとんどない。
また、上向きに30度以下の傾斜であれば、図3(b)に示すように、原料Mとの混合位置が炉内上方へ移動することによるリダクタ3のガス化性能悪化についても、悪影響を受けることはほとんどない。
なお、このような上下方向の傾斜は、炉軸Cfに向けた垂直配置のガス化バーナ10Aに適用してもよい。
図4(a)に示すガス化バーナ10では、ガス化バーナ10の流路断面積(Sa)が、ガス化バーナ10の入口付近まで原料を搬送してくる配管流路30の流路断面積(Sb)より大(Sa>Sb)となるように設定されている。すなわち、流路断面積(Sb)の配管流路30は、ガス化バーナ10との間を連結する連結部31で拡径され、最終的に流路断面積(Sa)のガス化バーナ10に接続される。
また、原料を炉内へ投入する時点においては、ガス化バーナ10の流路断面積拡大により流速を所望の値まで低下させることができるので、高温ガスGと原料との混合性を十分確保することができる。
このようなパージガス供給流路40を設けると、連結部31における流路断面積の拡大により流速が低下し、連結部31やガス化バーナ10の内部に原料が滞留するようなことがあっても、パージガスを供給することで瞬間的に流速を上げることができるため、原料によるガス化バーナ10の流路閉塞を防止できる。
また、ガス化炉1A内に投入された原料が炉軸Cfの中心方向に向かう流速の速度成分(Vr)を最適化できるので、原料を高温ガスGの主流付近に投入し、高温ガスGと原料との良好な混合性を確保してガス化性能を向上させることが可能になる。
また、上述した実施形態では、原料供給部として4個のガス化バーナ10よりなるバーナ群を例示しているが、例えばガス化バーナ10に代えて原料供給管を採用してもよく、さらに、その設置個数等についても特に限定されることはない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
2 コンバスタ
3 リダクタ
10,10A〜10C ガス化バーナ(原料供給部)
10a バーナ出口
20 仮想円
30 配管流路(搬送部)
31 連結部
40 パージガス供給流路
41 開閉弁
Claims (5)
- 高温ガスの旋回流場に対して炉壁面の周方向に設けた1または複数の原料供給部から原料を吹き込んでガス化を行うガス化炉であって、
前記原料供給部は、前記原料供給部を設置する炉断面の直径(R)を基準にして炉軸を中心に描かれる0〜0.8Rの仮想円に接するとともに、前記高温ガスの旋回流と同方向に傾斜させた向きに設置され、
前記原料供給部から吹き出される原料流速(V)は、炉軸中心方向に向かう流速の速度成分(Vr)が、前記高温ガスの軸方向平均流速(Vz)を基準にして0.5倍以上5倍以下の範囲内に設定されることを特徴とするガス化炉。 - 前記速度成分(Vr)が、前記高温ガスの軸方向平均流速(Vz)を基準にして1倍以上3倍以下の範囲内に設定されることを特徴とする請求項1に記載のガス化炉。
- 前記原料供給部は、水平からの上下方向傾斜角度が±30度の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載のガス化炉。
- 前記原料供給部の流路断面積(Sa)は、搬送部の流路断面積(Sb)より大(Sa>Sb)であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガス化炉。
- 前記搬送部から前記原料供給部へ流路断面積を増す位置に、開閉弁を備えたパージガス供給流路を連結したことを特徴とする請求項4に記載のガス化炉。
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- 2014-08-18 JP JP2014165893A patent/JP6644460B2/ja active Active
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